렌즈릿 기반 적분 분광기: 고해상도 2D 분광 이미징

적분 분광기(IFS) 원리와 기존 설계의 한계

적분 분광기(IFS)는 분광기와 이미징 기능을 결합한 기기입니다. IFS는 2D 시야에 대한 분광 정보를 제공합니다. 렌즈릿 기반 IFS 설계에서 렌즈릿 어레이는 분광기 입구 평면에 배치됩니다. 렌즈릿 어레이에서 생성된 모든 빔은 분산 요소를 통해 공급되고 카메라에 의해 이미징되어 각 개별 렌즈릿에 대한 스펙트럼이 생성됩니다.

전통적인 렌즈릿 기반 IFS 설계는 스펙트럼을 어긋나게 배치하여 분리되고 부분적으로만 중첩되게 합니다. 스펙트럼의 어긋남은 검출기의 한 열이 이웃 스펙트럼의 다른 파장으로 점유되어 동적 범위가 꽤 높을 수 있기 때문에 문제가 됩니다.

NASA 고다드의 혁신적 설계: 인접 스펙트럼 배치

NASA 고다드 연구자들은 렌즈릿 기반 적분 분광기를 개발하여 인접 스펙트럼을 서로 나란히 배치함으로써 어긋나게 배치하는 대신 검출기 픽셀을 더 잘 활용합니다. 높은 동적 범위가 필요한 상황에서는 각 스펙트럼이 5개 행을 차지하여 이웃과의 크로스토크를 피할 수 있습니다. 이 설계는 렌즈릿 초점을 재배열하여 어느 렌즈릿 그룹의 초점이든 분산 방향에 수직으로 정렬되도록 하며, 이는 슬릿 분광기와 유사합니다. 이 재배열은 각 그룹 내 스펙트럼 간 분리 요구 사항을 제거하여 검출기 픽셀 사용 효율을 크게 높입니다. 예를 들어 4개 렌즈릿마다 그룹화하면 검출기 픽셀 사용 효율이 최대 150% 증가할 수 있습니다. 향상된 효율은 시야와 분광 대역폭을 늘리는 데 사용될 수 있습니다.

기존 IFS 유형의 장점 결합

렌즈릿 어레이는 이미지 슬라이서 IFS나 파이버 IFS 같은 다른 기존 IFS 유형의 효율적인 검출기 픽셀 사용을 달성하면서 콤팩트함과 단순성을 손상시키지 않습니다. 분광기의 입력으로 슬릿이나 파이버를 재배열하기 위한 포어 옵틱 액세서리가 필요하지 않아 질량과 부피가 제한된 상황에 이상적입니다. 분광기는 새로운 제조 능력을 필요로 하지 않으며, 기존 건식 에칭 기술로 각 렌즈릿에 맞춤 곡률을 가진 특수 렌즈릿 어레이를 제작할 수 있습니다.

기술 이전

NASA는 이 기술의 상용화를 위해 라이선시들을 적극적으로 찾고 있습니다.